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| 編輯推薦： |
在“碳达峰 碳中和”目标背景下，中国地热能开发利用进入了一个高质量、规模化快速发展的新时代。“新时代地热能高效开发与利用研究丛书”正是在这样的大背景下应时应需地出笼的。
丛书由中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和教授担任总主编，由中国科学院汪集暘院士、贾承造院士，中国工程院马永生院士、多吉院士、武强院士担任学术顾问。各分册的主编来自吉林大学、天津大学等高校和北京市工程地质研究所、北京市地质矿产勘查院、天津地热勘查开发设计院等相关院所，都是地热能开发利用领域的领军人才。
丛书的编写以能源领域国家重大战略规划为指引，以地热能开发利用产业高质量发展为目标，服务从事地热能勘查、开发和利用实际工作的工程技术人员和项目管理人员。丛书基于三横四纵的知识矩阵进行布局：在横向上包括了浅层地热能、中深层地热能和深层地热能；在纵向上，从地热勘查技术，到开采技术，再到利用技术，以及项目管理。
当前，国家对“十四五”期间地热能的发展纲领已经明确，2023年第七届世界地热大会即将在北京召开，中国地热能产业正在大步迈向新的发展阶段，其必将推动中国从地热大国走向地热强国。本丛书的出版将为我国新时代的地热能
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| 內容簡介： |
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《地热开发数值模拟理论、技术与应用》是“新时代地热能高效开发与利用研究丛书”的一个分册。本书从地热能开发数值模拟相关的基本概念和理论入手，围绕地热开发过程中涉及的热传递(T)、流动(H)、岩石力学(M)、水岩化学作用(C)等多场耦合过程和控制方程展开论述和刻画，基于国内外较为成熟的数值模拟方法和计算程序，选取国内外典型地热田开发场地作为实际应用案例，并对未来地热能开发相关数值模拟技术进行展望。本书内容丰富、层次清晰、图文并茂、注重创新，可供从事地下多相流理论和地下新能源开发等方面研究的科学技术人员、本科生、硕士与博士研究生参考。
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| 目錄：
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1 引言 001
1.1基本概念与意义 003
1.2数值模拟的优势 005
1.3国内外现状 006
1.3.1数值模拟软件研发历程 006
1.3.2地热开采数值模拟应用现状 011
参考文献 020
第2章 物理过程与数学模型 029
2.1多孔介质传热-流动过程与数学模型 031
2.1.1质量守恒方程 031
2.1.2流动控制方程 032
2.1.3能量守恒方程与热传递理论 036
2.1.4多相多组分系统渗流理论 040
2.2井筒中传热-流动过程与数学模型 047
2.2.1动量守恒方程 047
2.2.2漂移流模型 049
2.2.3井筒内的能量传递过程 051
2.3地球化学过程与数学模型 052
2.3.1溶质运移理论与模型 052
2.3.2水化学反应 055
2.4 岩石力学过程与数学模型064
2.4.1 岩石力学基本假设 064
2.4.2 应力分析及应力平衡方程 065
2.4.3 岩石破坏控制方程 072
参考文献 074
第 3 章 数值模型的建立与求解 077
3.1 传热 流动耦合数值模型 079
3.1.1 积分有限差基本原理 079
3.1.2 Newton Raphson 迭代求解 081
3.1.3 数值模型求解 083
3.2 地球化学数值模型 086
3.2.1 溶质运移过程数值模型 086
3.2.2 化学反应过程数值模型 088
3.3 力学数值模型 090
3.3.1 力学与传热 流动过程耦合方式 090
3.3.2 弹性力学问题的解法 091
3.3.3 三维力学模型有限元离散 092
3.3.4 力学方程组求解 097
参考文献 098
第 4 章 模拟程序简介 101
4.1 TOUGH 系列程序 103
4.1.1 TOUGH2 104
4.1.2 TOUGHREACT 107
4.1.3 TOUGH2 FLAC3D 109
4.1.4 iTOUGH2 111
4.1.5 T2Well 112
4.1.6TOUGH - MP 112
4.1.7GeoT 114
4.1.8TOUGH2Biot 116
4.2其他多场耦合程序 117
4.2.1OpenGeoSys 117
4.2.2FEFLOW 119
4.2.3PHREEQC 120
4.2.4FLAC3D 120
4.2.5ABAQUS 122
4.2.6COMSOL Multiphysics 124
4.3高性能并行计算 125
4.3.1并行计算介绍 126
4.3.2并行研究现状 127
4.3.3并行处理过程 128
4.4三维地质模型与可视化技术 129
4.4.1三角剖分 129
4.4.2三维地质建模 132
4.4.3可视化技术 134
参考文献 137
第5章 地热能开发传热-流动耦合模拟场地应用实例 141
5.1松辽盆地干热岩地热能优化开采数值模拟 143
5.1.1区域地质概况 143
5.1.2热储靶区选择 146
5.1.3 EGS优化开采模型建立 146
5.1.4数值剖分 149
5.1.5模拟结果与分析 150
5.1.6模型不确定性分析 159
5.1.7结论 165
5.2青海共和盆地干热岩地热资源发电潜力评价 166
5.2.1区域地质概况 167
5.2.2干热岩发电系统设计 168
5.2.3数值模型建立 170
5.2.4地热开采性能评价准则 173
5.2.5模拟结果与分析 174
5.2.6模型不确定性分析 178
5.2.7结论 183
5.3青海贵德断裂型地热田优化开采数值模拟 184
5.3.1区域地质条件 185
5.3.2数值模型建立 188
5.3.3运行参数优化 191
5.3.4储层条件对产能影响分析 200
5.3.5结论 203
5.4单井闭循环式地热系统开采潜力数值模拟 204
5.4.1研究区概况 206
5.4.2数值模型建立 208
5.4.3模拟方案 211
5.4.4模拟结果与分析 212
5.4.5结论 215
5.5意大利Pisa盆地地热开发数值模拟 216
5.5.1研究区概况 216
5.5.2数值模型建立 217
5.5.3模拟结果与分析 220
5.5.4地热储层非均质性影响分析 223
5.5.5结论 228
5.6超临界地热开采数值模拟 229
5.6.1研究背景 229
5.6.2超临界地热的模拟工具开发 231
5.6.3冰岛1DDP-2超临界地热场地 234
5.6.4数值模型建立 238
5.6.5模拟结果与分析 240
5.6.6结论 244
参考文献 245
第6章 地热能开发传热-流动-化学耦合模拟场地应用实例 249
6.1青海贵德地热田开发化学堵塞数值模拟 251
6.1.1扎仓地热田场地概况 251
6.1.2数值模型建立 253
6.1.3参数设置 254
6.1.4模拟结果与分析 256
6.1.5结论 265
6 2常规化学剌激对EGS热储层改造作用数值模拟 265
6.2.1数值模型建立 266
6.2.2水文地质参数设置 267
6.2.3地球化学参数设置 268
6.2.4模拟结果与分析 270
6.2.5模型不确定性分析 274
6.2.6结论 280
6.3 CO2-常规酸双相化学剌激工艺数值模拟 281
6.3.1CO2-常规酸双相化学刺激工艺的提出 281
6.3.2数值模型建立 283
6.3.3模拟方案设计 284
6.3.4模拟结果与讨论 284
6.3.5结论 289
参考文献 289
第 7 章 地热能开发传热 流动 力学耦合模拟场地应用实例 293
7.1 美国 Desert Peak 地热田水力压裂数值模拟 295
7.1.1 Desert Peak EGS 工程概况 295
7.1.2 水力压裂模型 298
7.1.3 数值模型建立 305
7.1.4 模型校正 309
7.1.5 模拟结果与分析 315
7.1.6 讨论 321
7.1.7 结论 323
7.2 美国 Raft River 地热田水力压裂数值模拟 323
7.2.1 Raft River EGS 示范工程概况 324
7.2.2 数值模型建立 326
7.2.3 模型校正 329
7.2.4 模拟结果与分析 330
7.2.5 结论 334
参考文献 334
第 8 章 未来地热能开发数值模拟技术展望 337
8.1 干热岩储层建造效果预测模拟技术 339
8.2 干热岩裂隙网络示踪反演模拟技术 340
8.3 深度学习、机器学习与传统模拟技术相结合 341
8.4 T-H-M-C 多场耦合作用模拟技术 342
参考文献 343
索引 345
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| 內容試閱：
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地热能是蕴藏在地球内部的热能，是一种清洁低碳、分布广泛、储量丰富的绿色能源，通常分为浅部水热型地热能、中深部干热岩型地热能及深部超临界型地热能。地热能的开发利用具有分布广泛、持续稳定、高效循环、使用灵活等特点，可减少温室气体排放、改善大气环境、减缓气候变化，在未来清洁能源发展中占有重要地位，有望成为能源结构转型的新方向。
目前，全球范围内主要利用的是浅部水热型地热资源，虽然其开发利用技术已较为成熟，但其仅是地热资源的极小部分。干热岩型地热资源的开发利用正处于试验研究阶段，以往集中于美国、法国、德国、日本、澳大利亚等发达国家，我国从“十二五”时期开始研究干热岩的勘查和开发。截至2017年年底，全球累计建设干热岩开发示范工程30余项，干热岩地热资源的巨大潜力和开发可行性逐渐得到国际认可。深部超临界型地热能的开发利用研究尚处于理论探索阶段。
地热能的开发利用随着深度的增加，开展实际场地研究的难度显著增大，一方面是由于高额的钻井费用，另一方面是所涉及的物理、化学过程越来越复杂。因此，对于深部地热能的经济可持续开发，数值模拟技术已成为一种极为重要的研究方法。
地热开发的数值模拟可以追溯到20世纪70年代，当时由于模拟理论与计算机条件的限制，仅能对简单的水热流动过程进行模拟分析，且无法满足大规模场地尺度的数值运算。目前，随着地热研究理论的成熟以及计算机技术的飞速发展，地热能开发数值模拟技术逐渐成熟，这为优化水热产出和规模化地热开发方案设计提供了有效工具。
本书从地热能开发数值模拟相关的基本概念和理论入手，围绕地热开发过程中涉及的热传递(T)、流动(H)、岩石力学(M)、水岩化学作用(C)等多场耦合过程和控制方程展开论述和刻画，基于国内外较为成熟的数值模拟方法和计算程序，选取国内外典型地热田开发场地作为实际应用案例，并对未来地热能开发相关数值模拟技术进行展望。
本书共分为八章，首章由许天福、冯波、袁益龙、封官宏共同完成;第2章由许天福、袁益龙、封官宏共同完成;第3章由许天福、封官宏、袁益龙共同完成;第4章由袁益龙、封官宏、姜振蛟、胡子旭共同完成;第5章由袁益龙、封官宏、梁旭、胡子旭、汪禹共同完成;第6章由袁益龙、陈敬宜共同完成;第7章由袁益龙完成;第8章由袁益龙、姜振蛟、胡子旭共同完成。全书由许天福主编，袁益龙和冯波完成审稿。书中部分章节内容引用了研究团队已毕业博士和硕士的研究成果，他们是雷宏武、杨艳林、那金、侯兆云。此外，本书引用了国内外许多学者和专家的著作中的观点与图表，在此也表示感谢。
本书的出版得到了国家重点研发项目“干热岩能量获取及利用关键科学问题研究”的特别资助，特在此表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正。
许天福
2021年9月于长春
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